江蘇2018版高考物理復(fù)習(xí)專題八磁場帶電粒子在磁場及復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)限時(shí)集訓(xùn)(共10頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專題限時(shí)集訓(xùn)(八)磁場、帶電粒子在磁場及復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)(對應(yīng)學(xué)生用書第131頁)(建議用時(shí)：40分鐘)一、選擇題(本題共8小題，每小題6分在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，第15題只有一項(xiàng)符合題目要求，第68題有多項(xiàng)符合題目要求全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分)1中國宋代科學(xué)家沈括在夢溪筆談中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也”進(jìn)一步研究表明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖8­21所示結(jié)合上述材料，下列說法不正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：】圖8­21A地理南、北極與地磁場的南、北極不重合B地球內(nèi)部也存在磁場，

2、地磁南極在地理北極附近C地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行D地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用C地球?yàn)橐痪薮蟮拇朋w，地磁場的南極、北極在地理上的北極和南極附近，兩極并不重合；且地球內(nèi)部也存在磁場，只有赤道上空磁場的方向才與地面平行；對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子的速度方向與地磁場方向不會平行，一定受到地磁場力的作用，故C項(xiàng)說法不正確2(2017·洛陽三模)如圖8­22所示，一個(gè)靜止的質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子(不計(jì)重力)，經(jīng)電壓U加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，粒子在磁場中轉(zhuǎn)半個(gè)圓后打在P點(diǎn)，設(shè)OPx，能夠正確反映x與U之間的函數(shù)關(guān)系的是(

3、)圖8­22B帶電粒子經(jīng)電壓U加速，由動(dòng)能定理，qUmv2，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，洛倫茲力提供向心力，qvBm，而R，聯(lián)立解得x由此可知能夠正確反映x與U之間的函數(shù)關(guān)系的是選項(xiàng)B中圖象3如圖8­23，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場中，兩長直導(dǎo)線P和Q垂直于紙面固定放置，兩者之間的距離為l在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時(shí)，紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為l的a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零如果讓P中的電流反向、其他條件不變，則a點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為()【導(dǎo)學(xué)號：】圖8­23A0BB0CB0D2B0C在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時(shí)，紙面內(nèi)與兩導(dǎo)

4、線距離為l的a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，如圖所示：由此可知，外加的磁場方向與PQ平行，且由Q指向P，即B1B0依據(jù)幾何關(guān)系及三角知識，則有：BPcos 30°B0 解得：P或Q通電導(dǎo)線在a處的磁場大小為BPB0當(dāng)P中的電流反向，其他條件不變，再依據(jù)幾何關(guān)系，及三角知識，則有：B2B0因外加的磁場方向與PQ平行，且由Q指向P，磁場大小為B0；最后由矢量的合成法則，那么a點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為BB0，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤4質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具圖8­24中的鉛盒A中的放射源放出大量的帶正電粒子(可認(rèn)為初速度為零)，從狹縫S1進(jìn)入電壓為U的加速電場區(qū)加

5、速后，再通過狹縫S2從小孔G垂直于MN，以速度v射入偏轉(zhuǎn)磁場，該偏轉(zhuǎn)磁場是以直線MN為切線、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直于紙面向外、半徑為R的圓形勻強(qiáng)磁場現(xiàn)在MN上的F點(diǎn)(圖中未畫出)接收到該粒子，且GFR則該粒子的荷質(zhì)比為(粒子的重力忽略不計(jì))() 【導(dǎo)學(xué)號：】圖8­24ABCDC帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖設(shè)粒子加速后獲得的速度為v，由動(dòng)能定理有：qUmv2tan GOF得GOF60°EOG120°tan OOGtan 60°，得rR所以粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑rR又qvBm，則5兩平行的金屬板沿水平方向放置，極板上所帶電荷情況如圖8­25

6、所示，且極板間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，現(xiàn)將兩個(gè)質(zhì)量相等的帶電小球分別從P點(diǎn)沿水平方向射入極板間，兩小球均能沿直線穿過平行板，若撤去磁場，仍將這兩個(gè)帶電小球分別保持原來的速度從P點(diǎn)沿水平方向射入極板間，則兩個(gè)小球會分別落在A、B兩點(diǎn)，設(shè)落在A、B兩點(diǎn)的小球的帶電荷量分別為qA、qB，則下列關(guān)于此過程的說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：】圖8­25A兩小球一定帶負(fù)電B若qA>qB，則兩小球射入時(shí)的初速度一定有vA>vBC若qA>qB，則兩小球射入時(shí)的動(dòng)能一定有EkA<EkBD撤去磁場后，兩個(gè)小球在極板間運(yùn)動(dòng)的加速度可能相等C根據(jù)題意可知，沒有磁場時(shí)，小球所受合力豎直向

7、下；有磁場時(shí)，小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故可知洛倫茲力一定豎直向上，由左手定則可知，小球一定帶正電，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；同時(shí)可知小球的重力不能忽略，當(dāng)小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)有qAvABqAEmg，qBvBBqBEmg，聯(lián)立可得qAvABqAEqBvBBqBE，即qA(vABE)qB(vBBE)，由此可知，若qA>qB，則一定有vA<vB，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由Ekmv2可知，選項(xiàng)C正確；沒有磁場時(shí)，由受力分析可知mgqEma，當(dāng)qAqB時(shí)，則有aAaB，vAvB，而由題意可知xA>xB，則應(yīng)有vA>vB，與上述矛盾，由此可知，兩個(gè)小球在極板間運(yùn)動(dòng)的加速度不可能相等，選項(xiàng)D錯(cuò)誤6(2017

8、83;湖南十三校一聯(lián))如圖8­26所示，直角坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi)，y軸豎直向上第、象限內(nèi)有垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場，第象限同時(shí)存在方向平行于y軸的勻強(qiáng)電場(圖中未畫出)一帶電小球從x軸上的A點(diǎn)由靜止釋放，恰好從P點(diǎn)垂直于y軸進(jìn)入第象限，然后做圓周運(yùn)動(dòng)，從Q點(diǎn)垂直于x軸進(jìn)入第象限，Q點(diǎn)距O點(diǎn)的距離為d，重力加速度為g根據(jù)以上信息，可以求出的物理量有()圖8­26A磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B小球在第象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間C電場強(qiáng)度的大小和方向D圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小BD由A到P點(diǎn)過程有mgdmv2，則小球做圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小v，選項(xiàng)D正確；小球在第象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間tT，選項(xiàng)B正確；在第象限，

9、小球做圓周運(yùn)動(dòng)，則有mgqE，由于m、q未知，不能求電場強(qiáng)度的大小，由d知，不能求磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤7如圖8­27所示，直角三角形ABC區(qū)域中存在一勻強(qiáng)磁場，比荷相同的兩個(gè)粒子(不計(jì)重力)從A點(diǎn)沿AB方向射入磁場，分別從AC邊上的P、Q兩點(diǎn)射出，則()圖8­27A從P點(diǎn)射出的粒子速度大B從Q點(diǎn)射出的粒子速度大C從Q點(diǎn)射出的粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間長D兩個(gè)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間一樣長BD粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)幾何關(guān)系(如圖所示，弦切角相等)，粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)的圓心角相等，根據(jù)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間tT，粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T，可知粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的

10、時(shí)間相等，故D項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；如圖所示，粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)，分別從P點(diǎn)和Q點(diǎn)射出，由圖知，粒子運(yùn)動(dòng)的半徑RP<RQ，又粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R，可知粒子運(yùn)動(dòng)速度vP<vQ，故A項(xiàng)錯(cuò)誤、B項(xiàng)正確8(名師原創(chuàng))如圖8­28所示，在區(qū)域和區(qū)域內(nèi)分別存在與紙面垂直但方向相反的勻強(qiáng)磁場，區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度是區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的2倍，一帶電粒子在區(qū)域左側(cè)邊界處以垂直邊界的速度進(jìn)入?yún)^(qū)域，發(fā)現(xiàn)粒子離開區(qū)域時(shí)速度方向改變了30°，然后進(jìn)入?yún)^(qū)域，測得粒子在區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，則下列說法正確的是()圖8­28A粒子在區(qū)域和區(qū)域中的速率之比為11B

11、粒子在區(qū)域和區(qū)域中的角速度之比為21C粒子在區(qū)域和區(qū)域中的圓心角之比為12D區(qū)域和區(qū)域的寬度之比為11ACD由于洛倫茲力對帶電粒子不做功，故粒子在兩磁場中的運(yùn)動(dòng)速率不變，故A正確；由洛倫茲力fqBvma和av·可知，粒子運(yùn)動(dòng)的角速度之比為12B1B212，則B錯(cuò)誤；由于粒子在區(qū)域和區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，由t可得t，且B22B1，所以可得1212，則C正確；由題意可知，粒子在區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的圓心角為30°，則粒子在區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的圓心角為60°，由R可知粒子在區(qū)域中的運(yùn)動(dòng)半徑是在區(qū)域中運(yùn)動(dòng)半徑的2倍，設(shè)粒子在區(qū)域中的運(yùn)動(dòng)半徑為r，作粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示，則由圖可知，區(qū)域的

12、寬度d12rsin 30°r；區(qū)域的寬度d2rsin 30°rcos(180°60°60°)r，故D正確二、計(jì)算題(共2小題，32分)9(16分)(2017·遼寧省遼南協(xié)作校聯(lián)考)如圖8­29所示，在矩形ABCD內(nèi)，對角線BD以上的區(qū)域存在平行于AD向下的勻強(qiáng)電場，對角線BD以下的區(qū)域存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(圖中未標(biāo)出)，其中AD邊長為L，AB邊長為L，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子(不計(jì)重力)以初速度v0從A點(diǎn)沿AB方向進(jìn)入電場，經(jīng)對角線BD某處垂直BD進(jìn)入磁場求：圖8­29(1)該粒子進(jìn)入磁場時(shí)速度的大小

13、；(2)電場強(qiáng)度的大小；(3)要使該粒子能從磁場返回電場，磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)滿足什么條件？(結(jié)論可用根式來表示) 【導(dǎo)學(xué)號：】【解析】(1)如題圖所示，由幾何關(guān)系可得BDC30°，帶電粒子受電場力作用做類平拋運(yùn)動(dòng)，由速度三角形可得vxv0vyv0則v2v0(2)設(shè)BP的長度為x，則有xsin 30°t1Lxcos 30°v0t1Eqmavyat1，解得x，t1，E(3)若磁場方向向外，軌跡與DC相切，如圖甲所示有R1得R1由B1qvm得B1磁場方向向外，要使粒子返回電場，則B1若磁場方向向里，軌跡與BC相切時(shí)，如圖乙所示有R2，得R2由B2qvm得B2磁場方向向里，要使

14、粒子返回電場，則B2【答案】見解析10(16分)北京正、負(fù)電子對撞機(jī)是國際上唯一高亮度對撞機(jī)，它主要由直線加速器、電子分離器、環(huán)形儲存器和對撞測量區(qū)組成，其簡化原理如圖8­30所示：MN和PQ為足夠長的水平邊界，豎直邊界EF將整個(gè)區(qū)域分成左右兩部分，區(qū)域的磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，區(qū)域的磁場方向垂直紙面向外調(diào)節(jié)區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小可以使正、負(fù)電子在測量區(qū)內(nèi)不同位置進(jìn)行對撞經(jīng)加速和積累后的電子束以相同速率分別從注入口C和D同時(shí)入射，入射方向平行于EF且垂直磁場已知注入口C、D到EF的距離均為d，邊界MN和PQ的間距為8d，正、負(fù)電子的質(zhì)量均為m，所帶電荷量分別為e和e圖8

15、­30(1)試判斷從注入口C入射的是哪一種電子？忽略電子進(jìn)入加速器的初速度，電子經(jīng)加速器加速后速度為v0，求直線加速器的加速電壓U；(2)若將區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小調(diào)為B，正、負(fù)電子以v1的速率同時(shí)射入，則正、負(fù)電子經(jīng)多長時(shí)間相撞？(3)若將區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小調(diào)為，正、負(fù)電子仍以v1的速率射入，但負(fù)電子射入時(shí)刻滯后于正電子t，以F點(diǎn)為原點(diǎn)建立如圖8­30所示的坐標(biāo)系，求正、負(fù)電子相撞的位置坐標(biāo) 【導(dǎo)學(xué)號：】【解析】(1)從C入射的電子在C點(diǎn)受到的洛倫茲力向右，粒子向右偏轉(zhuǎn)，經(jīng)過區(qū)反向偏轉(zhuǎn)，再進(jìn)入?yún)^(qū)，這樣才能持續(xù)向下運(yùn)動(dòng)直至與從D入射的電子碰撞；若從C入射的電子在C點(diǎn)受到的洛倫茲力向左，則粒子可能還未碰撞就從MN邊界射出，所以，由左手定則可判斷從C入射的電子為正電子；忽略電子進(jìn)入加速器的初速度，電子經(jīng)加速器加速后速度為v0，則由動(dòng)能定理可得：Uemv，所以，U(2)電子在磁場中運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，所以有Bv1e，則R1d，T電子在、區(qū)域中運(yùn)動(dòng)時(shí)半徑相同，電子射入后的軌跡如圖甲所示，甲所以，電子在射入后正好轉(zhuǎn)過360°后對撞，那么，對撞時(shí)間：tT(3)電子在區(qū)域中運(yùn)動(dòng)時(shí)半徑不變，仍為R1d，運(yùn)動(dòng)周期T1；將區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小調(diào)